《Microchemical Journal》：Magnetron sputtered synthesis of transition metal dichalcogenides (TMDCs): A comprehensive review of properties and applications
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非线性光学特性的过渡金属二硫属化物（TMDCs）在光电器件中具有重要应用，磁控溅射因其大规模制备、高重复性和可控性成为关键沉积技术，同时对比其他方法如CVD和ALD，磁控溅射在掺杂整合和薄膜质量上展现优势。
Charu Dwivedi | Abhijeet Dhanda | Preetam Singh
CSIR-国家物理实验室，K.S. Krishnan Marg博士路，新德里110012，印度
摘要
二维（2D）层状过渡金属硫属化合物（TMDCs）由于其卓越的非线性光学特性，在多种应用中受到了广泛关注。本文综述了磁控溅射技术，并强调了过渡金属硫属化合物（TMDCs）作为有前景材料的重要性，同时突出了通过这种技术实现的优异生长性能。尽管已经探索了多种技术和策略来制备这些材料以用于固态器件，但将其放大到大面积应用仍然是一个主要挑战。尽管如此，由于磁控溅射工艺简单、性能稳定、适用于大规模生产且重复性高，因此它正吸引着越来越多的关注。本文重点介绍了基于磁控溅射的多种TMDCs的生长方法，包括WS?、WSe?、WTe?、MoS?、MoSe?、MoTe?、SnSe等。
引言
石墨烯的发现引发了人们对单层二维（2D）材料的高度兴趣，从而推动了这一领域的研究热潮[1]。这一突破为2D材料家族的发展铺平了道路，这些材料在过去二十年中已成为科学文献和研究工作的重点。许多层状材料在单层尺度上保持了结构完整性，并具备与石墨烯相当的功能特性。具有稳定单层形态的层状材料展现了多种与石墨烯相媲美甚至互补的特性，极大地扩展了2D材料的应用范围。TMDCs是一个多样且快速发展的家族，包含四十多种2D材料，通常可以用公式AB?表示，其中‘A’代表过渡金属元素（如钼（Mo）、钨（W）、镍（Ni）或钒（V），“B”代表硫属元素（如硫（S）、硒（Se）或碲（Te）（图1）。一层‘A’原子被包裹在两层六角形排列的‘B’原子之间，这种特殊的堆叠结构使这些材料的层间剪切力最小[2]。值得注意的是，过渡金属氧化物（TMOs）和硫属化合物（TMDCs）具有由范德华力结合的分层结构[3]。
与传统直接带隙半导体相比，TMDCs在光电子学领域具有明显优势，包括优异的透明度、结构灵活性以及通过简单加工方法易于集成。
半导体TMDCs因其可调的带隙（随厚度变化）和高度敏感于层数的光电功能而区别于其金属和绝缘体类似物。通过改变层数（N）可以调节带隙，从而使材料能够响应不同的光波长。一方面，石墨烯的优异导电性使其成为高速光电子学的理想选择；另一方面，TMDCs则更适用于涉及吸收和发射的光电器件。过渡金属原子的配位几何结构的变化会导致TMDCs形成不同的结构相。过渡金属原子的三角棱柱形（2H）或八面体配位（1T）配位方式是形成不同结构相的基础。通过精心设计其结构相配置，可以系统地调节TMDCs的电子性质，使其在绝缘体、半导体和金属状态之间转换。TMDCs的电子多样性源于来自过渡金属物种的非键合d轨道逐步填充电子的过程。在半导体TMDCs中，从块状材料减少到单层原子通常会导致带隙性质的变化，使其从间接带隙变为直接带隙，因为单层本身就具有带隙。
沉积方法
过渡金属硫属化合物（TMDCs）通常采用多种逐层合成技术制备，包括化学气相沉积（CVD）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）、原子层沉积（ALD）、脉冲激光沉积（PLD）和射频/直流磁控溅射（RF/DC magnetron sputtering）。其中，使用粉末前驱体的CVD方法因其简单性、可扩展性和能够制备大面积均匀单层而最为广泛采用
利用磁控溅射制备TMDCs
磁控溅射技术已被改进，可用于制备大面积单层薄膜，以满足半导体行业的需求。通过添加额外的靶材和共沉积，磁控溅射可以方便地掺杂杂质，并已被广泛研究作为制备TMDCs薄膜的方法。层状材料的独特性质，包括光学透明度、最高的电荷收集效率以及可定制的电子结构等，使其具有显著优势
结论与未来展望
本文简要回顾了过渡金属硫属化合物（TMDCs）的合成技术、性质和异质结构。直流/射频磁控溅射已成为制备高质量TMDCs薄膜的一种多功能且可扩展的技术，能够精确控制薄膜的厚度、成分和结晶度等参数。射频和直流磁控溅射方法均展示了制备适用于各种应用的均匀TMDCs薄膜的能力
CRediT作者贡献声明
Charu Dwivedi：撰写初稿、可视化、方法论设计、实验研究、概念构思。Abhijeet Dhanda：实验研究。Preetam Singh：撰写与编辑、监督工作。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
C. Dwivedi感谢印度科学和技术部（DST）通过DST-WOS-A计划（DST/WOS-A/PM-49/2021）提供的财政支持。
